技术领域
[0001] 本
发明涉及电磁控制机械传动与电磁
旋转机械技术领域,具体涉及一种能依据负载变化自动调整输出转矩的伺服变矩电动机。
背景技术
[0002] 众所周知,输出转矩是电动机的一项极为重要的技术参数,当电动机启动机械负载时,要求电动机要有足够大的启动转矩;在一定启动转矩前提下,启动
电流越小越好;启动过程中功率损耗越小越好。理论与实践验证:当电动机
转子参数、电源
频率、电源
电压一定时,异步电动机的电磁转矩取决于转差率。
[0003] 为了提高电动机的输出转矩,各种高转矩电动机产品应运而生,其中最具代表性的应属超高转差率电动机,其转子是鼠笼结构的超高转差率三相异步电动机,就是用提高转差率来换取电动机输出转矩最大化的典型产品,它具有软机械特性,且堵转转矩与额定转矩之比高达数倍,但是在正常运行时功率因数低,电耗、电损大,为了解决该电动机
机体发热问题,只好在电动机内部加装
温度保护继电装置,机壳也改为
铝合金材料。为了达到超高转差率的设计参数,通常采用双笼、深导条槽,高阻率材料导条,同时采取加大转子与
定子气隙等方法,然而大幅度提高转差率,就必然要以降低功率因数,发热、增加电耗的代价来换取电动机的高输出转矩。
[0004] 转子内镶嵌稀土永磁材料的三相稀土永磁同步电动机,经应用实测,功率因数高,节电效果好,但是在驱动重负载启动时 (特别在网络电压偏低时),由于其启动电流是额定电流的5~10倍,故会发生"牵出转矩"、"脱离同步"而抖动啸震,此时的转子会迅速升温,
永磁体退磁,虽然永磁体的
磁性强度可以在激磁和旋转
磁场的作用下有所恢复,但是毕竟已造成致命的创伤,反复的升温、退磁,其
电能损耗也随之巨增,如不及时处理,这种昂贵的节能电动机,反而会变成凶猛的"电老虎"。
[0005] 为了提高永磁电动机的转矩
密度与转矩过载能
力,增大电动机的直径,缩短电动机的径向尺寸,尽可能地增加永磁体的对数,是行之有效的方法。特别是车用永磁电动机要在磁场恒定的情况下,最大限度地增加定子电流,采用密封
水冷却的结构,提高
散热能力,使电动机能运行在100%的过载状态。
[0006] 机械减速型电动机,只能提供低速、定速及较大的转矩输出,而最致命的弊端是:机械
齿轮减速器与驱动电动机不可分离地参与减速和动力输出,机械磨损和功率损耗都较大。
[0007] 当今的电动
汽车通常采用电动机
直接驱动,或采用齿轮减速的方式与负载相连,这两种方法各有优势,也都存在弊端,所以创新功率的合理匹配,是涉及电动汽车降低电耗、延长续航里程的关键技术问题。而当今很多具有较大惰、惯性,重启动负荷特性的设备,为兼顾启动与运行的特殊工况,其动力系统的电动机与供电
变压器配置,不得不留有充分的装机容量,以确保此类设备能安全启动和转入正常的运行。游梁式抽油机与其驱动系统“大
马拉小车”的配置,一直是困扰石油企业节能降耗的棘手难题,是功率匹配技术亟待解决的典型例证。
[0008] 综上所述,当今解决电动机与机械负载之间功率匹配,提高效率的问题,已成为节能技术领域亟待解决的重要课题,诸如功率匹配技术现存的弊端与缺憾举不胜举。
发明内容
[0009] 本发明的目的就是针对
现有技术存在的
缺陷,提供一种结构简单、成本低廉及节能效果良好的伺服变矩电动机。
[0010] 其技术方案是:包括电动机2及与其连接一起的伺服变矩器1。所述伺服变矩器1包括主机壳4、止转柱6、同心子口环8、电磁
制动器11、推力
轴承12、涨力
弹簧13、右轴承
15、左轴承16、内架盘轴承17、
衔铁19、机座21、
太阳轮23、内架盘24、星轮轴承25、
行星轮27、轴架总成28、轮键29、
输出侧端盖30、架
支撑定位套31、
输出轴轴承32、轴架总成轴承
34、内齿总成37、单向轴承38和
轴承盖33;电动机2的
法兰盘9通过法兰盘栓22同心紧固在与主机壳4右端部为一体的同心子口环8右侧,电动机轴5伸入主机壳4内,主机壳4的内圆壁上设有止动柱6,电动机轴5上、法兰盘9左侧起至电动机轴5端部,依次同心套装有
推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、单向轴承38、左轴承16、内架盘轴承17、太阳轮23及轴架总成轴承34;所述
电磁制动器11套装在涨力弹簧13外围并通过器固栓10同心紧固在主机壳4右端部同心子口环8的左侧;右轴承15和左轴承16的外部套装有内齿总成37,单向轴承38及衔铁19通过连固栓18依次套装固定在内齿总成37的右侧,单向轴承38的
外圈7上设有与止动柱6
位置相对应的卡槽,止动柱6的下端伸入在该卡槽内;内架盘轴承
17上套装有内架盘24,太阳轮23通过轮键29紧固在电动机轴5上,轴架总成28右侧的中心孔套装在轴架总成轴承34上;行星轮27内安装星轮轴承25,并通过星轴栓26把行星轮
27定位在轴架总成28和内架盘24之间,轴架总成28与内架盘24之间还设有架支撑定位套31,并通过架固栓35把轴架总成28和内架盘24固定为一体;输出侧端盖30通过输出轴轴承32套装在轴架总成28左侧的动力输出轴上,输出侧端盖30由端盖栓3固定在主机壳4的左端,输出侧端盖30外侧通过轴承盖固栓36固定连接有轴承盖33;所述电磁制动器11的控制线和电动机2的电源线连接在
接线盒14内;主机壳4底部与机座21固定连接为一体。
[0011] 其中,所述止动柱6设为3—6个,其均匀分布在主机壳4的内圆壁上。
[0012] 本发明的另一优化技术方案是:包括电动机2及与其连接一起的伺服变矩器1。所述伺服变矩器1包括主机壳4、同心子口环8、电磁制动器11、推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、衔铁19、机座21、太阳轮23、内架盘24、星轮轴承25、行星轮27、轴架总成28、轮键29、输出侧端盖30、架支撑定位套31、输出轴轴承32、轴承盖33、轴架总成轴承34和内齿总成37;电动机2的法兰盘9通过法兰盘栓22同心紧固在与主机壳4右端部为一体的同心子口环8右侧,电动机轴5伸入主机壳4内,电动机轴5上、法兰盘9左侧起至电动机轴5端部,依次同心套装有推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、太阳轮23及轴架总成轴承34,电磁制动器11套装在涨力弹簧13外并通过器固栓10同心紧固在主机壳4右端部同心子口环8的左侧,右轴承15和左轴承16的外部套装有内齿总成37,衔铁19通过连固栓18套装固定在内齿总成37的右侧,内架盘轴承17上套装有内架盘24,太阳轮23通过轮键29紧固在电动机轴5上,轴架总成28右侧的中心孔套装在轴架总成轴承34上;行星轮27内安装星轮轴承25,并通过星轴栓26)把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间,轴架总成28与内架盘24之间还设有架支撑定位套31,并通过架固栓35把轴架总成28和内架盘24固定为一体;输出侧端盖30通过输出轴轴承32套装在轴架总成28左侧的动力输出轴上,输出侧端盖30由端盖栓3固定在主机壳4的左端,输出侧端盖30外侧通过轴承盖固栓36固定连接有轴承盖33;所述电磁制动器11的控制线和电动机2的电源线连接在接线盒14内;主机壳4底部与机座21固定连接为一体。
[0013] 在上述两技术方案中,所述法兰盘栓22设为4—10个,其均匀分布并固定连接于同心子口环8右侧及电动机2的法兰盘9之间。所述星轴栓26设为3个,其均匀分布把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间。所述架固栓35及架支撑定位套31均设为3个,其均匀分布把轴架总成28和内架盘24固定为一体。
[0014] 本发明与现有技术相比较,其具有的有益效果是:可预置监控,当负载增大时,能自动增加输出
扭矩,使电动机软连接、无冲击地为负载提供强劲的动力,当克服阻力后负载减小到预置值时,自动退出减速、增矩的机械传动,直接把旋转动力传递给机械负载。本发明能最大限度地发挥机械传动高效率的特有优势,具有结构简单,免修周期长,既节能又环保的优点,其市场前景广阔。
附图说明
[0015] 图1是本发明一种
实施例的外形示意图;
[0016] 图2是本发明一种实施例的结构示意图;
[0017] 图3是本发明另一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0018] 实施例一:参照图1和图2,一种伺服变矩电动机,包括电动机2及与其连接一起的伺服变矩器1。所述伺服变矩器1包括主机壳4、止转柱6、同心子口环8、电磁制动器11、推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、衔铁19、机座21、太阳轮23、内架盘24、星轮轴承25、行星轮27、轴架总成28、轮键29、输出侧端盖30、架支撑定位套
31、输出轴轴承32、轴架总成轴承34、内齿总成37、单向轴承38和轴承盖33;电动机2的法兰盘9通过法兰盘栓22同心紧固在与主机壳4右端部为一体的同心子口环8右侧,电动机轴5伸入主机壳4内,主机壳4的内圆壁上设有止动柱6,电动机轴5上、法兰盘9左侧起至电动机轴5端部,依次同心套装有推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、单向轴承38、左轴承16、内架盘轴承17、太阳轮23及轴架总成轴承34;所述电磁制动器11套装在涨力弹簧
13外围并通过器固栓10同心紧固在主机壳4右端部同心子口环8的左侧;右轴承15和左轴承16的外部套装有内齿总成37,单向轴承38及衔铁19通过连固栓18依次套装固定在内齿总成37的右侧,单向轴承38的外圈7上设有与止动柱6位置相对应的卡槽,止动柱6的下端伸入在该卡槽内,3个止转柱6能阻止单向轴承38外圈7的旋转,但是不防碍其轴向移动;内架盘轴承17上套装有内架盘24,太阳轮23通过轮键29紧固在电动机轴5上,轴架总成28右侧的中心孔套装在轴架总成轴承34上;行星轮27内安装星轮轴承25,并通过星轴栓26把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间,轴架总成28与内架盘24之间还设有架支撑定位套31,并通过架固栓35把轴架总成28和内架盘24固定为一体;输出侧端盖30通过输出轴轴承32套装在轴架总成28左侧的动力输出轴上,输出侧端盖30由端盖栓3固定在主机壳4的左端,输出侧端盖30外侧通过轴承盖固栓36固定连接有轴承盖33;所述电磁制动器11的控制线和电动机2的电源线连接在接线盒14内;主机壳4底部与机座21固定连接为一体。其中,所述止动柱6设为3—6个,其均匀分布在主机壳4的内圆壁上。所述法兰盘栓22设为4—10个,其均匀分布并固定连接于同心子口环8右侧及电动机2的法兰盘9之间。所述星轴栓26设为3个,其均匀分布把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间。所述架固栓35及架支撑定位套31均设为3个,其均匀分布把轴架总成28和内架盘24固定为一体。
[0019] 运行时,当电磁制动器11未获得激磁电流时, 涨力弹簧13推动内齿总成37轴向左移,轴架总成28的内锥和内齿总成37的外锥面之间的锥形
摩擦副隙39逐渐变小而由滑差迅速紧密结合、制动,从而使行星轮27停止旋转,则轴架总成28、内架盘24和内齿总成37与电动机2的电动机轴5同步、同向(例如:顺
时针)旋转,电动机2的旋转动力经电动机轴5输入,通过伺服变矩器1后,轴架总成28左侧一体的输出轴则1:1地输出顺时针旋转的动力,此时的伺服变矩器1内的行星轮系停止动轴线传动,故机械磨损与损耗甚微。当电磁制动器11获得激磁电流时,其强大的磁场吸引衔铁19,与衔铁19连为一体的单向轴承
38、内齿总成37克服涨力弹簧13的
张力,轴向右移,轴架总成28的内锥和内齿总成37的外锥面之间的锥形摩擦副隙39增大而发生轮系内的力矩转化,轴架总成28依然与电动机轴5同向、顺时针旋转,而内齿总成37在太阳轮23和行星轮27的驱动下开始迅速逆时针旋转,但是3个止转柱6能阻止单向轴承38外圈7的旋转,故单向轴承38能有效地阻止内齿总成37逆转,则太阳轮23驱动行星轮27在内齿环3
啮合制约下,迫使内架盘24、轴架总成28左侧一体的输出轴,与电动机轴5顺时针、同向、减速、增矩旋转,电动机2的旋转动力经电动机轴5输入伺服变矩器1后,顺时针、同向、减速、增矩地由轴架总成28左侧一体的输出轴输出。由于单向轴承38的制约,使本实施例只能单向旋转,如果把单向轴承38反过来装配,就可以制造出逆时针旋转的产品了。
[0020] 实施例二:参照图1和图3,一种伺服变矩电动机,包括电动机2及与其连接一起的伺服变矩器1。所述伺服变矩器1包括主机壳4、同心子口环8、电磁制动器11、推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、衔铁19、机座21、太阳轮23、内架盘
24、星轮轴承25、行星轮27、轴架总成28、轮键29、输出侧端盖30、架支撑定位套31、输出轴轴承32、轴承盖33、轴架总成轴承34和内齿总成37;电动机2的法兰盘9通过法兰盘栓22同心紧固在与主机壳4右端部为一体的同心子口环8右侧,电动机轴5伸入主机壳4内,电动机轴5上、法兰盘9左侧起至电动机轴5端部,依次同心套装有推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、太阳轮23及轴架总成轴承34,电磁制动器11套装在涨力弹簧13外并通过器固栓10同心紧固在主机壳4右端部同心子口环8的左侧,右轴承
15和左轴承16的外部套装有内齿总成37,衔铁19通过连固栓18套装固定在内齿总成37的右侧,内架盘轴承17上套装有内架盘24,太阳轮23通过轮键29紧固在电动机轴5上,轴架总成28右侧的中心孔套装在轴架总成轴承34上;行星轮27内安装星轮轴承25,并通过星轴栓26把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间,轴架总成28与内架盘24之间还设有架支撑定位套31,并通过架固栓35把轴架总成28和内架盘24固定为一体;输出侧端盖30通过输出轴轴承32套装在轴架总成28左侧的动力输出轴上,输出侧端盖30由端盖栓3固定在主机壳4的左端,输出侧端盖30外侧通过轴承盖固栓36固定连接有轴承盖33;所述电磁制动器11的控制线和电动机2的电源线连接在接线盒14内;主机壳4底部与机座21固定连接为一体。其中,所述法兰盘栓22设为4—10个,其均匀分布并固定连接于同心子口环8右侧及电动机2的法兰盘9之间。所述星轴栓26设为3个,其均匀分布把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间。所述架固栓35及架支撑定位套31均设为3个,其均匀分布把轴架总成28和内架盘24固定为一体。
[0021] 在此实施例中,取缔了单向轴承38,使本发明能实现顺、逆时针双向旋转的产品了。运行时,当电磁制动器11未获得激磁电流时, 涨力弹簧13推动内齿总成37轴向左移,轴架总成28的内锥和内齿总成37的外锥面之间的锥形摩擦副隙39逐渐变小而由滑差迅速紧密结合、制动,从而使行星轮27停止旋转,则轴架总成28、内架盘24和内齿总成37与电动机2的电动机轴5同步、同向顺时针旋转,电动机2的旋转动力经电动机轴5输入,通过伺服变矩器1后,轴架总成(28)左侧一体的动力输出轴 则1:1地输出顺时针旋转的动力,此时的伺服变矩器1内的行星轮系停止动轴线传动,故机械磨损与损耗甚微。当电磁制动器11获得激磁电流时,其强大的磁场吸引衔铁19,与衔铁19连为一体的内齿总成37克服涨力弹簧13的张力,轴向右移,轴架总成28的内锥和内齿总成37的外锥面之间的锥形摩擦副隙39增大而发生轮系内的力矩转化,轴架总成28依然与电动机轴5同向、顺时针旋转,而内齿总成37在太阳轮23和行星轮27的驱动下开始迅速逆时针旋转,但是电磁制动器11强大的磁场吸住衔铁19,内齿总成37被制动,则太阳轮23驱动行星轮27在内齿环3啮合制约下,迫使内架盘24、轴架总成28左侧一体的输出轴,与电动机轴5顺时针、同向、减速、增矩旋转,电动机1的旋转动力经电动机轴5输入伺服变矩器1后,顺时针、同向、减速、增矩地由与轴架总成28左侧一体的动力输出轴输出。
[0022] 伺服变矩器1应采用直齿传动,因为直齿可使传动中的构件轴向力Fx为零。为了补偿加工制造误差的影响,使轮系中的齿轮都能均匀地分担负荷,采用
载荷均衡技术措施是十分必要的,本发明采用"行星轮轴油膜浮动载荷均衡技术",如果加工
精度很高,也可放弃载荷均衡。